我国金矿具有数量多、规模小及分布广的特征，其中难处理金矿资源占比大（叶尔那尔·别力克，2018；杨波等，2021）。工业上常采用生物氧化法、焙烧氧化法和化学氧化法对难处理金矿进行预处理，然后使用氰化物进行浸出（黄彪林等，2021；沈蔡龙等，2021）。然而，氰化物是一种剧毒物质，对生态环境和人体健康具有巨大危害。因此，在安全和环保的压力下，非氰药剂逐渐成为研究的热点（贾玉娟等，2019；李骞等，2020；曹赓等，2021）。硫氰酸盐是一种非氰药剂，早在1905年就有学者证实了该药剂具有溶解金的能力（White，1905），随后国内外学者对硫氰酸盐浸出工艺及机理进行了深入细致的研究。硫氰酸盐浸金具有选择性好、浸出速度快、低毒及稳定性好等优点（Batoeva et al.，2010；Ma et al.，2015；吴浩等，2016；曾祥荣，2020），是一种高效、环保的浸金工艺，具有广阔的应用前景。

目前，对于硫氰酸盐的浸出工艺研究较多，而对浸出液中的回收方法研究相对较少。已有文献报道的回收方法有置换沉淀法（Wang et al.，2008）、活性炭吸附法（Neil et al.，1991）、离子交换树脂法（Kononova et al.，2008）和溶剂萃取法等。Li et al.（2012a，2012b）使用铁粉与锌粉从硫氰酸盐浸金液中置换回收金，结果表明：铁粉置换回收金的效果比锌粉好，在1 h内金回收率达到98%。Kononova et al.（2005）对比了BAU、ABG、UC和LK-4等4种吸附碳回收金的效果，得出LK-4吸附碳的效果最好，在pH值为2~6的条件下，金的吸附回收率可达90%。Li et al.（2012b）研究了Alamine336、Alamine308和Alamine304-1对含金硫氰酸盐溶液的萃取效果，在pH值小于5.5，Alamine336与金的摩尔比大于10的条件下，金提取率达到98%。Kholmogorov et al.（2002）研究了有机离子交换树脂AV-17-10P、AP-100和ANKF-5对硫氰酸金的吸附效果，结果表明：由于AV-17-10P有机离子交换树脂具有强大的碱性官能团而表现出极佳的吸附性能，且在质量浓度为3%~4%的H₂SO₄中加入质量浓度为6%~8%的硫脲能够实现金的完全解吸。然而，上述方法存在药剂耗量大、成本高昂、工艺复杂和金剥离困难等问题，限制了其实际应用与发展，因此，亟需寻找一种生产效率高、成本低且操作简便的方法来高效回收浸出液中的金。

为了解决上述问题，本研究以硫氰酸铵作为浸出剂对某难处理金精矿的生物氧化渣进行浸出。利用电沉积法处理得到的浸金液，考察了阴阳两极电极材料、极间距、槽电压、溶液pH值、电解时间和溶液温度对金沉积率的影响。为进一步分析各因素之间相互作用对金沉积率的影响，采用响应曲面法优化工艺条件，建立了电沉积金响应面回归模型。本研究可为硫氰酸盐浸金液金的回收处理提供数据参考，对完善硫氰酸盐提金体系具有重要意义。

试验材料：原矿为某黄金冶炼厂的难处理金精矿生物氧化渣；电解原液（金含量为15.25 mg/L）；电解槽为自制有机玻璃槽（80 mm×60 mm×100 mm）；石墨棒（15 mm×90 mm）纯度≥99.99；不锈钢棒SUS304（20 mm×90 mm）；自制电极；碳纤维丝，单丝直径为6.9 μm；硫氰酸铵、HCl和NaOH均为分析纯；试验用水均为去离子水。

试验设备与仪器：可调式直流稳压电源（MS-DS），集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S），便携式pH计（Testo-206），原子吸收光谱仪（GGX-600）。

取原矿100 g，液固比为3∶1，加入300 mL去离子水，加入NaOH调整矿浆pH值至12，再加硫氰酸铵15 g，在常温常压条件下搅拌浸出7 h，通过抽滤固液分离得到浸出液（电解原液）和浸渣。电解原液制备流程如图1所示，对电解原液成分进行分析，结果见表1。

碳纤维丝是以腈纶和粘胶纤维为原料，经高温氧化碳化而成的一种特种纤维，具有耐高温、导电、导热和耐腐蚀等特性。本研究以碳纤维丝为原料制备电极，电极分为接线柱、连接杆体和极体3个部分。接线柱由黄铜丝制成，连接杆体为圆柱形，材质为聚四氟乙烯，极体为一定数量的长度为90 mm的碳纤维丝，最后使用环氧树脂将接线柱、连接杆体和极体进行封装组合。

采用溶液吸附法测定阴极材料的比表面积。测定步骤如下：基于Langmuir（朗格缪尔）吸附定律，以亚甲基蓝为吸附质，利用分光光度计绘制亚甲基蓝浓度与吸光度曲线图，然后取一定重量的待测材料浸入配置好的亚甲基蓝溶液中，在振荡器上振荡4 h，然后测定溶液的吸光度，对照曲线图获得平衡浓度，最后根据吸附方程求得待测材料的比表面积。溶液中金的测定方法为火焰原子吸收光谱法。

（1）电沉积金试验：用量筒取100 mL电解原液倒入电解槽中，将阴阳电极浸入溶液，另一头连接可调式直流稳压电源，在搅拌下进行试验，电解完成后测定溶液中的金，最后计算金沉积率。

金沉积率计算公式为

式中：η为金沉积率（%）；C₀为电解原液金含量（mg/L）；C₁为电解后溶液金含量（mg/L）。

（2）响应曲面试验设计方法：在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计方法（邱轶兵，2008；Gianni et al.，2014）选择对电沉积金过程影响较明显的3个因素，即槽电压、溶液pH值和溶液温度，以其作为变量因素，金沉积率为响应值，最后利用Design-Expert软件对试验数据进行多元数据化回归拟合计算，得到金沉积率与槽电压、溶液pH值和溶液温度的二次多项式回归模型数学表达式。

硫氰酸铵浸金液被电解时，发生的电极反应如下：

（1）阴极反应：金在阴极上沉积，发生还原反应，反应式为

同时，伴随有不同程度的析氢反应：

（2）阳极反应：阳极发生析氧反应，反应式为

阴极材料采用自制电极、石墨棒和不锈钢棒，利用溶液吸附法测量了3种材料的比表面积，分别为97.792 m²/g、4.081 m²/g和0.573 m²/g，在石墨棒作阳极、极间距为10 mm、槽电压为4 V、溶液pH值为12和溶液温度为35 ℃的条件下，电解不同时间，得到试验结果如图2所示。

阴极材料的比表面积是电沉积金的重要影响因素之一，比表面积越大，材料的孔隙率越大，溶液中Au（SCN）₂^-、Au（SCN）₄^-与电极表面的接触频率增大，从而使得电极表面金的沉积速率加快。由图2可以看出，随着电解时间的增加，3种材料的金沉积率呈上升趋势，其中自制电极的金沉积效果最好，这是因为自制电极的比表面积最大，电沉积效率高。在电解2 h时，石墨棒的金沉积率为67%，不锈钢棒的金沉积率仅为52.29%，而自制电极的金沉积率达到98.95%，且自制电极具有价廉易得和可重复利用的优点。因此，确定阴极材料选用自制电极。

试验条件如下：以自制电极为阴极，极间距为10 mm，槽电压为4 V，溶液pH值为12，溶液温度为35 ℃。阳极材料采用石墨棒、自制电极和不锈钢棒进行比较试验，3种材料的电阻参数分别为10，18， 0.73 Ω/m，电解不同时间，得到阳极材料在电沉积过程中的效果如图3所示。

由图3（a）可知，电极的电阻越大，导电性越差，则电解的槽电流越小。而槽电流代表电极的反应速率，决定了金属在电极上的沉积速率（翟秀静等，2008）。由图3（b）可知，不锈钢棒的槽电流最大，但金沉积率最低，其原因是不锈钢棒的抗氧化性比石墨棒和自制电极弱，在电解过程中会参与反应，电极本身被腐蚀、溶解，造成金沉积率降低。随着电解时间的增加，石墨棒和自制电极的金沉积率均达到90%以上，但石墨棒的试验效果优于自制电极，其原因是石墨棒的导电性较好，电解时的槽电流更大，电极的反应速率更快。石墨棒具有耐腐蚀、不参与反应过程和可重复使用等优点。综合考虑，阳极材料选择石墨棒。

考察不同极间距对金沉积率的影响，试验条件如下：石墨棒作阳极，自制电极作阴极，槽电压为4 V，溶液pH值为12，溶液温度为35 ℃，电解不同时间，得到极间距在电积过程中的影响如图4所示。

电极间距对电沉积金试验的影响主要体现在Au（SCN）₂^-、Au（SCN）₄^-到阴极的传递速度。由图4（a）可知，极间距越小，槽电流越大，反之极间距越大，槽电流越小，说明反应离子的迁移过程会消耗电能。由图4（b）可知，随着电解时间的增加，不同极间距下的金沉积率均呈上升趋势，且不同条件下的结果曲线高度重合，说明不同极间距对金沉积率的影响较小。在后续试验中为了缩短反应离子迁移的距离，降低能耗，提高电解效率，选择极间距为10 mm。

考察不同槽电压对金沉积率的影响，试验条件如下：石墨棒作阳极，自制电极作阴极，极间距为10 mm，溶液pH值为12，溶液温度为35 ℃，电解不同时间，得到试验结果如图5所示。

由图5可知，当槽电压为1~5 V时，随着槽电压的增大，金沉积率逐渐上升。当槽电压为1 V时，电解3 h，金沉积率仅为48.40%，其原因是槽电压较低时电荷传递速度缓慢，导致金沉积速率较慢。当槽电压为4 V时，电解2 h，金沉积率达到最大值98.95%，继续增大槽电压，金沉积率升高不明显。原因是槽电压继续升高，电荷传递速度加快，电极反应速率增大，电极产生浓差极化现象，电极附近的Au（SCN）₂^-和Au（SCN）₄^-的浓度小于溶液本体中的浓度，造成Au（SCN）₂^-和Au（SCN）₄^-离子扩散速率减慢，金沉积速率降低，同时加剧了析氢副反应，使能耗增加。因此，在确保金沉积率的前提下，选择合适的槽电压有利于经济效益最大化，综上考虑槽电压的最佳条件为4 V。

考察溶液pH值对金沉积率的影响，试验条件如下：石墨棒作阳极，自制电极作阴极，极间距为10 mm，槽电压为4 V，溶液温度为35 ℃，试验采用HCl和NaOH调节溶液pH值。电解不同时间后得到的试验结果如图6所示。

由图6可知，当溶液pH=8时，金沉积率仅为58.74%，继续增大溶液pH值，金沉积率呈上升趋势，当溶液pH=12时，电解2 h，金沉积率达到最大值98.95%。在电沉积过程中，电解液中OH^-浓度的升高一方面增大了溶液的电导率，使得溶液的活度变大，更多Au（SCN）₂^-和Au（SCN）₄^-在电极上参与反应，提高了电极反应速率；另一方面随着电解液中OH^-浓度的升高，溶液中H⁺浓度降低，使得析氢过电位升高，氢的析出能力降低，其与金属离子竞争电子的能力减弱，从而提高了电流效率。若继续增大溶液pH值，金沉积率提高不明显，其原因是OH^-浓度过高，阳极的析氧反应加剧，溶液中的溶解氧增加，造成部分金反溶。因此，溶液pH=12为最佳试验条件。

考察溶液温度对金沉积率的影响，试验条件如下：石墨棒作阳极，自制电极作阴极，极间距为10 mm，槽电压为4 V，溶液pH值为12。电解不同时间后得到的试验结果如图7所示。

由图7可以看出，当电解时间为0~2 h时，溶液温度升高，金沉积率上升明显。其原因是随着电解液温度的升高，Au（SCN）₂^-和Au（SCN）₄^-的迁移速度加快，使得阴极表面的离子浓度增大，进而提高了电极的反应速率。当电解2 h后，溶液温度为25 ℃时，金沉积率最大值为97.61%，而当溶液温度为35~65 ℃时，金沉积率均在98%以上，且不同条件的结果曲线高度重合。其原因有2个方面：一是溶液温度过高导致电解液蒸发，降低了电解效率；二是溶液温度过高会增大析氢副反应的反应速率，导致能耗增加。因此，在确保金沉积率较高的前提下，综合考虑选择溶液温度35 ℃为最佳条件。

电沉积法处理硫氰酸铵浸金液单因素试验表明，槽电压、溶液pH值和溶液温度对金的沉积率均有显著影响。为进一步分析各因素之间相互作用对金沉积率的影响，采用响应曲面法优化电沉积法处理硫氰酸铵浸金液的工艺条件，试验的中心点为单因素试验的最佳条件，即槽电压为4 V，溶液pH=12，溶液温度为35 ℃。

在单因素基础上，在石墨棒作阳极、自制电极作阴极、电解时间为2 h和极间距为10 mm的条件下，利用Design-Expert软件设计三因素三水平的响应面试验，对槽电压、溶液pH值和溶液温度这3个因素（分别记作A、B、C）在高、中、低（记作-1、0、1）3个水平上进行优化研究，并以金沉积率为响应值，记为Y。试验方案及结果见表2。

对表2试验数据进行多元化回归拟合，得到金沉积率与各因素的二阶回归方程，其方程表示为：Y=98.89+2.5800A+0.9075B+0.6887C+0.2050AB+0.3375AC+0.2050BC-3.1800A²-2.2800B²-1.6800C²。

由表3可知，该回归模型p<0.0001，满足p≤0.005，表明该模型极显著，同时F=0.7307，P=0.5853>0.05，失拟值在合理范围，说明该模型可用于预测实际情况。其中，一次项A（p<0.0001）、B（p<0.0001）和C（p=0.0002<0.05）影响显著；交互项AC（p=0.0457<0.05）影响显著，AB（p=0.1841）和BC（p=0.1841）影响不显著；二次项A²（p<0.0001）、B²（p<0.0001）和C²（p<0.0001）影响显著。由图8可知，图中实际值与预测值拟合度高，实际值基本均落在预测直线上，表明模型拟合性好且可靠性高，可以描述试验因素与金沉积率之间的相关性（F是最小值，P是置信度）。

响应面曲率的大小可以反映2个因素相互作用的情况，响应面曲率越大表示2个因素交互作用越显著，反之则越不显著；响应曲面斜率的大小表示对应影响因素对响应值的影响，响应曲面斜率越大，则对应的影响因素对响应值的影响越大（李桂春等，2020）。等高线图的形状可以表示2个因素交互作用的程度，当其形状为椭圆形时，说明2个因素交互作用显著，当其形状为圆形时则反映2个因素交互作用不显著。

由图9（a）、9（b）可知，响应面曲率较大，等高线图形状为椭圆形，说明A与B有明显的交互作用，比较A与B对应的响应曲面斜率可知，A方向上曲面的斜率明显大于B方向，说明A的影响程度大于B。同理，由图9（c）、9（d）可知，A与C的交互作用显著，比较A与C对应的响应曲面斜率可知，A的影响程度大于C。图9（e）的响应面曲率较小，图9（f）的形状为圆形，说明B与C的交互作用不显著，通过比较B与C对应的响应曲面斜率可知，B的影响程度大于C。

综上所述，3个试验因素对金沉积率影响的显著顺序为槽电压>溶液pH值>溶液温度，3个因素中槽电压与溶液pH值的交互作用最显著，溶液pH值与溶液温度的交互作用最不显著。

结合软件优化，得到模型预测的最佳条件：槽电压为4.10 V，溶液pH=12.40，溶液温度为39.58 ℃，在该条件下金沉积率预测值可达99.06%。

为验证优化模型的可靠性，依照上述最佳条件进行3次验证试验，电解2 h得到金沉积率分别为99.07%、99.13%和98.93%，平均值为99.04%，与模型预测值（99.06%）非常接近，说明该模型可靠，能够对硫氰酸铵浸金液电沉积金工艺的金沉积率进行准确分析预测。

（1）利用电沉积法处理硫氰酸铵浸金液，在石墨棒作阳极、自制电极作阴极、极间距为10 mm、槽电压为4 V、溶液pH=12和溶液温度为35 ℃的条件下，电解2 h，金沉积率达到98.95%，证明电沉积法处理硫氰酸铵浸金液具有良好的效果。

（2）利用单因素试验考察电极材料的试验结果表明：自制电极比表面积大、耐腐蚀，获得的金属沉积效率高，是一种优良的阴极；石墨棒导电性好，不参与反应过程，可重复利用，是阳极材料的良好选择；不锈钢棒因容易被腐蚀不宜作为电极材料。

（3）通过响应曲面优化试验，得到金沉积率与槽电压、溶液pH值和溶液温度的回归方程：Y=98.89+2.5800A+0.9075B+0.6887C+0.2050AB+0.3375AC+0.2050BC-3.1800A²-2.2800B²-1.6800C²。3个因素对金沉积率影响的大小顺序为槽电压>溶液pH值>溶液温度，其中槽电压与溶液pH值的交互作用最显著，溶液pH值与溶液温度的交互作用最不明显。

（4）响应面条件优化结果表明，在槽电压为4.10 V、溶液pH=12.40和溶液温度为39.58 ℃的条件下，试验金沉积率平均值为99.04%，模型预测金沉积率为99.06%，二者结果非常接近，证明建立的电沉积金响应面回归模型能够对金沉积率进行准确分析预测。